Parna mašina

Motor predstavlja mašinu koja vrši pretvaranje bilo kojeg oblika energije u mehanicku energiju. Da bi motor bio upotrebljiv i koristan, potrebno je da se to pretvaranje  jednog oblika energije u drugi vrši automatski, sigurno, trajno i ekonomicno.

U zavisnosti od polaznog oblika energije (koja se motoru stavlja na raspolaganje) razlikuju se: elektro, hidraulicni, toplotni i dr. motori.

Toplotni motori cine važnu grupu motora. To su motori kod kojih se pretvaranje jednog oblika energije u drugi ne vrši direktno. Kod njih se toplota dobijena iz hemijske energije, putem sagorevanja nekog od raspoloživih goriva, dovodi radnom telu povecavajuci mu energetski potencijal, a potom se putem adekvatnog laganog širenja radnog tela ta toplota delimicno pretvara u mehanicki rad. Sagorevanje goriva i dovodjenje toplote radnom telu može se izvesti van motora i u samom motoru. Znaci, da principijelno postoje dve vrste toplotnih motora:

motori sa spoljašnjim sagorevanjem (motori SS)

motori sa unutrašnjim sagorevanjem (motor SUS).

MOTORI  SA SPOLJAŠNJIM  SAGOREVANJEM

Kod motora sa spoljašnjim sagorevanjem, sagorevanje goriva i predavanje toplote radnom telu (para, vazduh, gas) vrši se u posebnom agregatu (parni kotao, zagrejac), cime se povecava energetski potencijal radnog tela (izražen povecanim pritiskom i temperaturom). Radno telo sa povecanim energetskim potencijalom dovodi se u sam motor, u kome se posredstvom laganog širenja radnog tela dobija korisna mehanicka energija (toplota se delimicno pretvara u mehanicki rad).

 Predstavnici motora sa spoljašnjim sagorevanjem (motora SS) su:

·parne mašine,

·parne turbine,

·motori Stirlinga i dr.

PARNE MAŠINE

Parna mašina je prvi tip toplotnih motora, koji je dobio široku primenu. Thomas Newcomen je 1705 godine pronašao parnu mašinu, koju je 1769 godine usavršio James Wat. To je motor koji je pogonio lokomotive, brodove, fabrike i bio osnovni akter u industrijskoj revoluciji.

Parna (klipna) mašina, ili parni stroj (parostroj) predstavlja motor koji transformiše toplotnu energiju vodene pare u mehanicki rad, najcešce rotaciono kretanje. Spada u grupu klipnih toplotnih motora.

Parne mašine su se koristile kao pogon pumpi, parnih lokomotiva, parobroda i parnih traktora te su bile temelj industrijske revolucije.

Mašina treba kotao u kojem se do kljucanja zagrijava voda koja ce se pretvoriti u paru pod pritiskom. Bilo koji izvor toplote može tome poslužiti, ali je najcešce gorivo u obliku drva, uglja i raznih derivata nafte. Para se širi i djeluje na stap (klip) cije dalje pokretanje okrece tocak ili drugi dio mašine.

 Parna mašina u radu. Para se dovodi u mašinu (crveno) i onda naizmjenicno djeluje s obje strane klipa. Linijsko kretanje klipa se pretvara u rotaciono. Prikazana mašina je tipicna za kraj 19. vijeka.

U ložištu parne mašine sagoreva raspoloživo gorivo. Nastali produkti sagorevanja na svom putu do dimnjaka odaju toplotu vodi, koja se zagreva i isparava (stvara se pregrejana vodena para visokog pritiska). Vodena para se odvodi u motor, gde se uzastopnim širenjem dobija mehanicki rad.

Dovodeci pregrejanu paru u cilindar sa  jedne strane klipa vrši se njeno širenje i pomeranje klipa, cime se istiskuje para sa druge strane klipa i kretanje klipa prenosi na kretanje potisne poluge. Pri dolasku klipa u krajni položaj, posredstvom razvodnog ventila se pregrejana para dovodi sa druge strane klipa i klip se pomera u suprotnu stranu. Kontinualnom izmenom razvodjenja pare sa jedne i sa druge strane klipa obezbedjuje se i kontinualan rad motora.

Istorija parne mašine

Heron iz Aleksandrije

aeolipile_illustrationPrva mašina, koja je nažalost služila samo kao demonstrator, je sagradjena u Aleksandriji u prvom vijeku nove ere. Konstruktor je bio Heron. Rad je bio jednostavan, voda u postolju je zagrijavana do pretvaranja u paru. Para je zatim dolazila u šuplju kuglu preko cijevi-nosaca i izlazila kroz savijene cjevcice, vrteci kuglu. Slicne sprave su ponekad korištene za otvaranja vrata hramova bez ljudske intervencije, da se impresioniraju vjernici. Heronova mašina je jedan od ranih primjera rotacionih parnih mašina, od kojih su mnogi prototipovi izradjeni kroz vijekove.

Papen i Saveri

Denis Papen (Denis Papin) i Tomas Saveri (Thomas Savery) su bili nastavljaci razvoja, poslije duge pauze. Saveri je 1698. napravio parnu mašinu-pumpu koja je radila na principu kondenzacije pare, stvarajuci vakuum koji je „usisavao“ vodu. Nekoliko njegovih mašina je prakticno korišteno, uprkos veoma slabom stepenu iskorišcenja.

Njukomen

Tek je Tomas Njukomen (Thomas Newcomen) 1712. uspio da stvori mašinu koja je pocela nešto više da se koristi, pogotovo za pumpanje vode iz rudnika. Iskoristivost je i dalje bila slaba. Mašina je nazivana „atmosferska“ zato jer je pritisak atmosfere vršio koristan rad kad klip ide dole.

Rad:

  • Sa klipom u donjem položaju, otvara se ventil koji pušta paru u cilindar.
  • Klip se podiže, uglavnom pod dejstvom težine utega (na lijevoj strani crteža).
  • Kad je klip pri vrhu, zatvara se dovod pare.
  • Da bi se stvorio podpritisak ispod klipa, hladna voda se uštrcava u cilindar. To odmah dovodi do kondenzacije vodene pare i stvara se vakuum u cilindru.
  • Atmosferski pritisak sad potiskuje klip nadolje.
  • Ventil za hladnu vodu se iskljucuje u podesnom trenutku.
  • Ciklus se ponavlja.

Kako vidimo, koristan rad vrši atmosferski pritisak, potiskujuci klip u vakuum nastao kondenzacijom pare. Zato se ovakva mašina ponekad naziva atmosferskom.

U prvim verzijama Njukomenove mašine, ventili su otvarani i zatvarani rucno (!) u toku ciklusa. Postoji prica da je decak koji je bio zaposlen da upravlja ventilima, sam došao na zamisao da poveže ventile sa „klackalicom“ na vrhu mašine i tako automatizira proces. Bilo kako bilo, kasnije Njukomenove mašine su imale sistem poluga koje su automatski otvarale i zatvarale ventile u pogodnom trenutku.

Džejms Vat

Iduci veliki skok u razvoju je bilo uvodjenje mašina koje je konstruisao Džejms Vat (James Watt). Pažljivim posmatranjem i analiziranjem Njukomenove mašine, Vat je uspio da poveca stepen iskoristivosti 4 puta, dodajuci kondenzator pare, efikasniji bojler sa toplotnom izolacijom i drugo. Kondenzator je omogucavao da se vruca para pomiješana s vodom ponovo doda u cilindar, pa su gubici energije drasticno smanjeni. Ipak i Vatova mašina je koristila nizak pritisak i kondenzaciju pare da stvori vakuum za rad. Vat je bio izricito protiv mašina s visokim pritiskom, smatrajuci ih opasnima (zbog cestih eksplozija kotlova koji nisu imali sigurnosne ventile).

Posle 1800 godine

Poslije 1800, Ricard Trevitik (Richard Trevithick) i drugi su poceli da razvijaju parne mašine visokog pritiska i male mase za pogon vozova.

Tendencija ka sve vecim pritiscima pare a zatim i stepenovanje („kompaunding“) su bile odlike daljeg razvoja. U „kompaund“ motorima para je prolazila kroz nekoliko cilindara sve veceg precnika, da bi se podigao stepen iskorišcenja.

Krajem 19. vijeka stapni (klipni) parni motori su dostigli vrhunac. Dalji razvoj parnih mašina je krenuo u pravcu parnih turbina, dok su klipne mašine prakticno nestale.

 

Kompaund (stepenovana) parna klipna mašina. Para pod visokim pritiskom (crveno) dolazi iz kotla (bojlera) i prolazi kroz cilindre sa sve nižim pritiskom. Para niskog pritiska (plavo) zatim ide u kondenzator pare radi ponovne upotrebe u mašini.

Stepen korisnog dejstva

Krece se od 1% za Njukomenovu atmosfersku mašinu do 50% (moderne parne turbine).

Upotreba parne mašine

Kao pogonska mašina za industriju, vozove i brodove. Parna turbina se koristi i za proizvodnju elektricne energije u elektranama.

Izvor: Wikipedia

PROSLEDITE ČLANAK PRIJATELJIMA ILI POSLOVNIM PARTNERIMA.